本實(shí)用新型涉及一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置，屬于大氣污染控制和相關(guān)環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人類活動(dòng)產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)主要包括NO和NO2，其中由燃料燃燒產(chǎn)生的占90％以上，其次是硝酸生產(chǎn)、化工制藥的硝化反應(yīng)、金屬表面和半導(dǎo)體處理等工業(yè)過程。NOx對(duì)人有致毒作用，大量的氮氧化物排放還是引起大氣光化學(xué)霧和酸雨的主要原因之一。中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國(guó)城市酸雨中氮氧化物的貢獻(xiàn)在不斷增加，一些地方的酸雨污染性質(zhì)已開始由硫酸型向硝酸根離子不斷增加的復(fù)合型轉(zhuǎn)化(國(guó)家環(huán)保部：2010年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào))。近年來，國(guó)家新制定了一些法律、法規(guī)，對(duì)氮氧化物特別是火電等燃燒過程排放的氮氧化物作出了更加嚴(yán)格的控制和減排規(guī)定。
一般地，火力發(fā)電廠等以化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中的氮氧化物濃度約為幾百到幾千ppm，其中95％以上是一氧化氮。目前選擇性催化轉(zhuǎn)化法(SCR)是目前治理煙氣NOx的主要手段之一，但催化劑對(duì)運(yùn)行條件要求嚴(yán)格，需要氨作為還原劑，氣流中含有硫化物和粉塵等對(duì)催化劑的壽命影響很大，特別對(duì)以煤為燃料的火電廠的運(yùn)行費(fèi)用很高；濕法是采用各種液體對(duì)NOx進(jìn)行吸收，是低溫排放源處理的主要方法，主要有氧化吸收法和還原吸收法兩種，其中，氧化法是采用過氧化氫、次氯酸鈉和高錳酸鉀等作為氧化劑，進(jìn)行吸收處理；還原法是采用亞硫酸鈉、硫化鈉和尿素等作為還原劑，進(jìn)行吸收處理。但對(duì)含一氧化氮較多氮氧化物，由于一氧化氮在溶液中的溶解度很小，吸收效率較低，且藥劑較貴，運(yùn)行使用費(fèi)用高。因此，研究開發(fā)提高新型煙氣氮氧化物的凈化技術(shù)，是該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用中急需解決的問題。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)和提供一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置，用于從氣流中去除氮氧化物。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置，其特征是由氣化爐、惰性氣體進(jìn)口、氯化鐵固體原料加入口、連接管、載氣進(jìn)口、冷卻器、氯化鐵固體顆粒排出管、氣-固反應(yīng)塔、凈化后氣體出口、被處理氣體進(jìn)口、反應(yīng)后固體顆粒排出口和氣化爐檢修口組成。
所述裝置的氣化爐的上部設(shè)置有氯化鐵固體原料加入口和惰性氣體進(jìn)口，在爐體的上部設(shè)置有連接管與冷卻器連通，連接管上還設(shè)置有載氣進(jìn)口，所述的冷卻器通過氯化鐵固體顆粒排出管與氣-固反應(yīng)塔連通，所述的氣-固反應(yīng)塔設(shè)置有被處理氣體進(jìn)口和凈化后氣體出口，所述的氣-固反應(yīng)塔下部還設(shè)置有反應(yīng)后固體顆粒排出口，所述的氣化爐下部還設(shè)置有氣化爐檢修口。
所述裝置的處理工藝流程是先通過惰性氣體進(jìn)口向氣化爐充入氮?dú)饣驓鍤獾榷栊员Ｗo(hù)氣體，然后通過氯化鐵固體原料加入口加入氯化鐵固體原料，在氣化爐內(nèi)在氮?dú)獾榷栊詺怏w保護(hù)氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化變成氣態(tài)氯化鐵，然后通過連接管，被設(shè)置在所述連接管上載氣進(jìn)口通入的常溫或低于常溫的氮?dú)獾榷栊詺怏w帶到冷卻器內(nèi)進(jìn)行快速冷卻，使氣態(tài)氯化鐵迅速轉(zhuǎn)化為氯化鐵固體顆粒，然后通過氯化鐵固體顆粒排出管進(jìn)入氣-固反應(yīng)塔，在氣-固反應(yīng)塔內(nèi)，氣流中的氮氧化物與氯化鐵發(fā)生氣固吸附化學(xué)反應(yīng)而被吸收，生成固體產(chǎn)物，被處理氣流由被處理氣體進(jìn)口進(jìn)入氣-固反應(yīng)塔塔，凈化后的氣流從凈化后氣體出口排出，反應(yīng)后固體顆粒從反應(yīng)后固體顆粒排出口，從而達(dá)到氣體凈化目的。
一種所述的氯化鐵固體顆粒的制備方法，其特征是把氯化鐵固體原料導(dǎo)入氣化爐，在氮?dú)獾榷栊詺怏w保護(hù)氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化升華變成氣態(tài)氯化鐵，然后快速冷卻，使氣態(tài)氯化鐵轉(zhuǎn)化為氯化鐵固體顆粒，然后導(dǎo)入氣-固反應(yīng)塔，在氣-固反應(yīng)塔內(nèi)，氣流中的氮氧化物與所述的氯化鐵固體顆粒發(fā)生氣固吸附化學(xué)反應(yīng)而被吸收，生成固體產(chǎn)物，從而達(dá)到氣體凈化目的。有關(guān)氯化鐵與氮氧化物在氣-固反應(yīng)塔的吸收反應(yīng)，可參看本實(shí)用新型申請(qǐng)人的另一個(gè)相關(guān)發(fā)明專利申請(qǐng)。
本實(shí)用新型所述的惰性氣體一般為氮?dú)狻鍤饣蚨趸嫉炔慌c氯化鐵反應(yīng)的氣體，氣化爐內(nèi)壓力為常壓或負(fù)壓，常壓下加熱溫度范圍一般大于130℃，優(yōu)選溫度范圍為150℃-350℃，加熱溫度高，氣化速率快。負(fù)壓下加熱溫度可低些，最低為90℃，具體可查氯化鐵的升華熱力學(xué)數(shù)據(jù)。實(shí)際操作過程，加熱溫度和速度可根據(jù)實(shí)際氯化鐵的需要量調(diào)節(jié)和控制，加熱溫度高，氣態(tài)氯化鐵產(chǎn)量就大，加熱可采用電爐加熱、導(dǎo)熱介質(zhì)加熱、電磁加熱和微波加熱等多種手段，效果大體相當(dāng)。所述的冷卻可采用盤管間接冷卻和/或惰性氣體載氣直接接觸冷卻等方式，冷卻后氣流溫度一般小于120℃，優(yōu)選50℃-90℃，冷卻溫度可根據(jù)氣-固反應(yīng)塔內(nèi)反應(yīng)溫度設(shè)定。加熱和冷卻相關(guān)工業(yè)技術(shù)成熟。本實(shí)用新型所述的氯化鐵固體原料可采用工業(yè)級(jí)商品氯化鐵固體，一般為粉末狀。
本實(shí)用新型所述氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，主要為一氧化氮。所述氮氧化物與氯化鐵的氣固吸附化學(xué)反應(yīng)的固體產(chǎn)物為氯化鐵與氮氧化物的絡(luò)合物和相關(guān)鹽類。
本實(shí)用新型所述的氯化鐵固體顆粒的制備方法，也可以由干法氯化鐵等生產(chǎn)工藝得到，如鐵屑與氯氣反應(yīng)得到氣態(tài)氯化鐵，氫氧化鐵、氧化鐵與氯化氫氣體反應(yīng)后得到氣態(tài)氯化鐵，或由氯化亞鐵氯化等工藝得到氣態(tài)氯化鐵后冷卻制得。
本實(shí)用新型所述的氣態(tài)氯化鐵經(jīng)冷卻后得到的氯化鐵固體顆粒與隨后的在氣-固反應(yīng)塔內(nèi)脫硝過程為同一處理工藝的前后工序。
與直接采用商品化的氯化鐵粉末作為脫硝反應(yīng)劑相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：由氣態(tài)氯化鐵經(jīng)快速冷卻后得到的氯化鐵固體顆粒，具有顆粒粒徑小，粒經(jīng)最小可達(dá)納米級(jí)，反應(yīng)活性高，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，能夠快速與氣流中的氮氧化物發(fā)生氣固吸附化學(xué)反應(yīng)，使氣流中的氮氧化物得到去除，在相同條件下，能有效提高反應(yīng)效率30％以上，具有投資成本和運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單、處理效率高、處理量大特點(diǎn)，適合推廣使用。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所用一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖。其中：1氣化爐；2惰性氣體進(jìn)口；3氯化鐵固體原料加入口；4連接管；5載氣進(jìn)口；6冷卻器；7氯化鐵固體顆粒排出管；8氣-固反應(yīng)塔；9凈化后氣體出口；10被處理氣體進(jìn)口；11反應(yīng)后固體顆粒排出口；12氣化爐檢修口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
一種所述的脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖如圖1所示。所述的裝置的氣化爐(1)的上部設(shè)置有氯化鐵固體原料加入口(3)和惰性氣體進(jìn)口(2)，在爐體的上部設(shè)置有連接管(4)與冷卻器(6)連通，連接管上還設(shè)置有載氣進(jìn)口(5)，所述的冷卻器(6)通過氯化鐵固體顆粒排出管(7)與氣-固反應(yīng)塔(8)連通，所述的氣-固反應(yīng)塔(8)設(shè)置有被處理氣體進(jìn)口(10)和凈化后氣體出口(9)，所述的氣-固反應(yīng)塔(8)下部還設(shè)置有反應(yīng)后固體顆粒排出口(11)，所述的氣化爐(1)下部還設(shè)置有氣化爐檢修口(12)。
處理工藝流程是先通過惰性氣體進(jìn)口(2)向氣化爐(1)充入氮?dú)饣驓鍤獾榷栊员Ｗo(hù)氣體，然后通過氯化鐵固體原料加入口(3)加入氯化鐵固體原料，在氣化爐內(nèi)在氮?dú)獾榷栊詺怏w保護(hù)氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化變成氣態(tài)氯化鐵，然后通過連接管(4)，被設(shè)置在連接管(4)上載氣進(jìn)口(5)通入的常溫或低于常溫的氮?dú)獾榷栊詺怏w帶到冷卻器(6)內(nèi)進(jìn)行快速冷卻，使氣態(tài)氯化鐵迅速轉(zhuǎn)化為氯化鐵固體顆粒，然后通過氯化鐵固體顆粒排出管(7)進(jìn)入氣-固反應(yīng)塔(8)，在氣-固反應(yīng)塔內(nèi)(8)，氣流中的氮氧化物與氯化鐵發(fā)生氣固吸附化學(xué)反應(yīng)而被吸收，生成固體產(chǎn)物，被處理氣流由被處理氣體進(jìn)口(10)進(jìn)入氣-固反應(yīng)塔塔(8)，凈化后的氣流從凈化后氣體出口(9)排出，反應(yīng)后固體顆粒從反應(yīng)后固體顆粒排出口(11)，從而達(dá)到氣體凈化目的。
實(shí)施例1：一種所述的脫硝用氯化鐵固體顆粒的制備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖如圖1所示。氣化爐的尺寸為Φ60mm×600mm，氣化爐采用管式電爐加熱，氣化爐內(nèi)加熱溫度分別為130℃、150℃、210℃、300℃和350℃，加入的工業(yè)級(jí)氯化鐵固體粉末各500g，平均粒徑約為0.5mm，冷卻器為管式，直徑為Φ40mm，長(zhǎng)為1000mm，空氣自然冷卻，冷卻后氣體出口溫度約為65℃-70℃，氣化爐保護(hù)氣體為氮?dú)?，流量約100mL/min，載氣也為常溫氮?dú)?，流量約500mL/min。氣-固反應(yīng)塔塔徑為Φ60mm，反應(yīng)有效接觸高度約為1000mm，空塔，塔體材料為316L不銹鋼。氣流中氮氧化物(一氧化氮約為95％)濃度為500ppm，氧氣約8％(體積，以下同)，二氧化碳約10％，水分含量約10％，其余為氮?dú)?，流量約2L/min。氣-固內(nèi)反應(yīng)塔內(nèi)氣體溫度約為60℃-65℃，反應(yīng)塔內(nèi)接觸時(shí)間約為3-5s。凈化后氣體出口NOx濃度分別為283ppm，201ppm，136ppm，79ppm和65ppm。測(cè)得的氮氧化物出口濃度為最大持續(xù)去除率時(shí)數(shù)值。
實(shí)施例2：氣化爐保護(hù)氣體為氮?dú)饬髁繛?，氣化爐處于微負(fù)壓，氣化爐內(nèi)加熱溫度分別為90℃和150℃，其他條件同實(shí)施例1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得凈化后氣體出口NOx濃度分別為315ppm和220ppm。
實(shí)施例3：氣化爐內(nèi)加熱溫度約為210℃，冷卻器采用管外風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻，冷卻后氣體出口溫度約為100℃-120℃，其他條件同實(shí)施例1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得凈化后氣體出口NOx濃度為156ppm。
應(yīng)該說明的是，以上實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中的部分技術(shù)特征進(jìn)行任何等同替換、修改、變化和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。